专利名称：：伪虚频滤波控制方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及热工控制
技术领域：
，尤其涉及一种伪虛频滤波控制方法及装置。
背景技术：
：火电厂热工控制对象具有大惯性、纯延时、时变性以及强非线性等特点，并且由于各种未知的内外扰动源不断窜入对象通道，使得系统难以控制。如何有效克服各种内外扰动的不利影响，从而^是高热工控制回路的调节品质，一直是热工控制领域不断追求的目标之一。现有技术中，鲁棒特性较好的PID(ProportionIntegrationDifferentiation,比例积分微分)控制策略一直占据着热工控制领域的绝对主导地位，为提高热工对象的控制品质，在调节回路中加入微分环节作用，可提高回路的响应速度，这是热工控制常采用的典型方法。发明人在实施本发明的过程中，发现现有的PID控制策略具有以下缺点PID调节器回路的微分作用项中，起到超前校正作用的是其中的虛频项，而实频项则增加了调节器的高频增益并使稳定性下降。因此，调节回路中的微分作用项在改善系统动态性能的同时，其高通滤波特性也放大了高频干扰，致使系统在有外部高频干扰时容易引起调节机构的大幅波动。
发明内容本发明实施例提供一种伪虛频滤波控制方法及装置，可减小高频干扰对热工控制系统的影响，提高热工控制回路的调节品质。本发明实施例提供了一种伪虛频滤波控制方法，该方法包括对过程输入信号进行二阶微分包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号；将所述二阶微分包络特征量信号与所述过程输入信号相乘，获得实频项信4将所迷过程输入信号经^1分运算后所获得的信号与所述实频项信号相减，获得伪虛频信号。相应地，本发明实施例还提供了一种伪虚频滤波控制装置，包括二阶微分包络特征解调模块，用于对过程输入信号进行二阶微分包络特;f正解调运算，获得二阶微分包络特征量信号；实频项构造模块，用于将所述二阶微分包络特征量信号与所述过程输入信号相乘，获得实频项信号；虚频项提取模块，用于将所述过程输入信号经微分运算后所获得的信号与所述实频项信号相减，获得伪虚频信号。实施本发明实施例，具有如下有益效果本发明实施例提供的伪虚频滤波控制方法及装置，将微分作用环节中的虛频项滤出，应用于热工控制领域中的过程控制，可以解决时域闭环系统与频域闭环系统性能指标之间的矛盾，减小高频干扰对系统的影响，提高热工控制回路的调节品质。为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作筒单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明提供的伪虚频滤波控制方法的一个实施例的流程示意图；图2是本发明提供的伪虛频滤波控制装置的第一实施例的结构示意图；图3是本发明提供的伪虚频滤波控制装置的第二实施例的结构示意图；图4是本发明提供的伪虚频滤波控制装置的伪虛频滤波理论幅值频率特性图5是本发明提供的伪虛频滤波控制装置的伪虛频滤波时域阶跃特性图。具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参见图1，是本发明提供的伪虛频滤波控制方法的一个实施例的流程示意图。本发明实施例提供的伪虛频滤波控制方法，将微分作用环节中的虛频项滤出用于过程控制，可以克服现有技术中高频千扰对热工控制系统的影响的缺点，提高热工控制回路的调节品质。该方法包括如下步骤5100,对过程输入信号进行二阶微分包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号；具体包括对过程输入信号进行微分运算，获得一阶微分信号；再对所述一阶微分信号进行微分运算，获得二阶微分信号；对所述二阶微分信号进行包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号。5101,将所述二阶微分包络特征量信号与所述过程输入信号相乘，获得实频项信号；5102,将所述过程输入信号经微分运算后所获得的信号与所述实频项信号相减，获得伪虛频信号。更为具体的，本发明实施例对过程输入信号X进行微分运算，获得一阶农吏分信号；该微分环节的传递函数表达式为'Gi(s)=Y(s)—TdsX(s)1+Tr,s令s:wj,得到相应的频域函数表达式为如=(T,)2。+T一丄+Trij1+co)2丄+a,co)2其中，实频项函数为"。，虛频项函数为,j,一阶微分信1+(Tdco)z1+(Tdco)2号所含的频域实频项幅值频率特性函数为A1+(Td进一步的，对所述一阶微分信号进行微分运算，获得二阶微分信号；该二阶微分环节所对应的时域函数表达式为X(s)X(s)1+Tds令s-coj,得到相应的频域函数表达式为G2(如)=(^^)21+Td(oj二阶微分环节的频域幅值频率特性函数为M(co)二lG2(如)(Tdcoj)2T21十Td①J二阶微分信号的频域幅值频率特性函数为^^，其包络特征与一阶孩吏1+(T>)2分信号的实频项函数一致。因此，对所述二阶微分信号进行包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号，将该二阶微分包络特征量信号与过程输入信号X相乘，可获得实频项信号M(jco).1+(Tdco)z进一步的，将一阶微分信号减去所述实频项信号，可获得微分环节频域中的虛频项信号Td(°,j,如下Gi(jco)-M(jco)-TdC°i'21+本发明实施例提供的伪虚频滤波控制方法，将微分作用环节中的虚频项滤出，该虚频项具有频率特性的外观特征，应用于热工控制系统中，取代现有技术中PID调节器回路中的微分作用项或者用于超前校正网络，将有利于调节系统性能指标，提高热工控制回路的调节品质。参见图2，是本发明提供的伪虚频滤波控制装置的第一实施例的结构示意图。该装置包括二阶微分包络特征解调^t块1、实频项构造模块2及伪虛频提取模块3，其中二阶微分包络特征解调模块1,用于对过程输入信号进行二阶微分包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号；实频项构造模块2,用于将所述二阶孩么分包络特征量信号与所述过程输入信号相乘，获得实频项信号；虚频项提取模块3,用于将所述过程输入信号经微分运算后所获得的信号与所述实频项信号相减，获得伪虚频信号。具体的，二阶微分包络特征解调模块1进一步包括第一微分单元、第二微分单元及包络特征解调单元，其中第一微分单元，用于对过程输入信号进行微分运算，获得一阶微分信号；第二微分单元，用于对所述一阶微分信号进行微分运算，获得二阶微分信包络特征解调单元，用于对所述二阶微分信号进行包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号。所述虚频项提取模块包括代数和电路，该代数和电路的加法输入端接入一阶微分信号，其减法输入端接入实频项信号，用于对所述一阶微分信号及所述实频项信号进行减运算，获得伪虚频信号。本发明实施例提供的伪虛频滤波控制装置，将微分作用环节中的虚频项滤出，应用于热工控制领域中的过程控制，可以解决时域闭环系统与频域闭环系统性能指标之间的矛盾，减小高频干扰对系统的影响，提高热工控制回路的调节品质。参见图3,是本发明提供的伪虛频滤波控制装置的第二实施例的结构示意图，该装置包括二阶微分包络特征解调模块、实频项构造模块及伪虛频提取模块；其中二阶微分包络特征解调模块用于对过程输入信号进行二阶微分包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号，具体包括微分电路Al和A2、取绝对值电路A3和A5、惯性电路A4和A6、0.1常数电路A7、代数和电路A8、除法器电3各A9以及惯性电路A10;实频项构造模块用于将所迷二阶微分包络特征量信号与所述过程输入信号相乘，获得实频项信号，该实频项构造模块包括乘法器电路B1;虚频项提取模块用于将所迷过程输入信号经微分运算后所获得的信号与所述实频项信号相减，获得伪虚频信号，该虚频项提取模块包括代数和电路M1。下面结合图3，对本发明实施例的各个电路功能模块进行描述l)微分电路Al、A2用于对输入信号进行微分运算，对应的传递函数为其中，标记描述如表1所示:表1微分电路传递函数的标记描述<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>2)取绝对值电路A3、A5用于对输入浮点变量进行取绝对值运算，输出一个浮点变量，对应的传递函数为Y(n)=|X(n)|其中，标记描述如表2所示表2取绝对值电路传递函数的标记描述<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>3)惯性滤波电路A4、A6、A10用于对输入信号进行一阶惯性运算，对应的传递函数为其中，标记描述如表3所示:表3惯性电路传递函数的标记描述<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>4)0.1常数电路A7用于输出一个浮点实数。才示i己4笛述i口表4戶斤示:表4常数块电路传递函数的标记描述<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>5)代数和电路A8、Ml用于对两个浮点变量进行加或减运算，输出一个浮点变量，对应的传递函数为Y(n)=A(n)士B(n)其中，标记描述如表5所示表5代数和电路传递函数的标记描述<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>数6)除法器电路A9用于对两个浮点变量作除法运算，输出一个浮点变量，对应的传递函凄t为Y(n)=Xl(n)ZX2(n)其中，标记描述如表6所示表6除法器电路传递函数的标记描述<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>7)乘法器电路B1用于对两个浮点变量作乘法运算，输出一个浮点变量，对应的传递函lt为Y(n)=Xl(n)*X2(n)标记描述如表7所示表7乘法器电路传递函数的标记描述<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>为方便说明，下面仅以过程输入信号为正弦波信号为例进行描述，该过禾呈输入信号的表达式为X(t)4sin(wt),其中，该表达式中的符号"A"表示正弦波信号的幅值，下面的部分表达式中增加了幅值A,而实际上，频率特性函凄丈中已隐含幅值A。如图3所示，在二阶微分包络特征解调模块中，过程输入信号X经过微分电路A1、A2所构成的二阶微分电路后，获得二阶微分信号；该二阶微分信号经过取绝对值电路A3和惯性滤波电路A4后，接到除法器电路A9的被除数端；过程输入信号X经过取绝对值电路A5、惯性滤波电路A6后，冲妄到代数和电^各A8的一个正输入端；0.1常数电路A7的输出端也接到代数和电路A8的另一个正输入端；代数和电路A8的输出接到除法器电路A9的除数端，除法器电路A9的输出经惯性滤波电路A10后，输出信号的性质为二阶微分环节的包络特征量信号。其中，过程输入信号X经过微分电路A1后，Al输出信号的频域函数表达式为Al(如)=A*=A*y.,+A*T'"my;l+Tdlcoji十(T,)21+(T'iiC0)2微分电路A1的输出接入微分电路A2，令V=Td2=Td,则A2输出信号的频域函数表达式为微分电路A2的输出信号经取绝对值电路A3和惯性电路A4后，A4输出41号的频域函数表达式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>过程输入信号X经过取绝对值电路A5和惯性滤波电路A6处理后，A6的输出信号的频域函数表达式为A6(jco)A1+Ti6coj惯性滤波电路A6的输出接到代数和电路A8的一个正输入端，0.1常数电路A7的输出也接到代数和电路A8的另一个正输入端，代数和电路A8输出接到除法器电路A9的除数端。需要说明的是，0.1常数电路A7仅是为满足实际工程应用而设计的，以保证除法器电路A9的除数不为零，因此，令A8(jw)=A6(jw),则除法器电路A9输出为六氺a—^_A9"(。)=A4(如)=A4(jo))='，1+(T,)21+Ti4(0j=(1>)2*1+jW-A8(j(D)-A6(jco)-|A|*1-1+(1>)21+Til(0j令T，j=Ti6,则上式变为A6(如)1+CI>)2除法器电路A9输出信号的性质为二阶微分环节的包络特征量信号。惯性滤波电路A10是为了满足实际工程应用而设置的，用于对二阶微分环节的包络特征量信号进行进一步的平滑，因此，除法器电路A9的输出信号经惯性滤波电路A10后的输出性质仍为二阶微分环节的包络特征量信号。在实频项构造模块中，乘法器电路B1的被乘数端接入过程输入信号，乘数端与二阶微分包络特征解调模块的输出端连接，则乘法器电路B1的输出信号为Bl(jco)=A*(TdC0)21+(T>)2乘法器电路B1的输出性质为实频项信号。在虛频项提取模块中，过程输入信号经微分电路Al后接到代数和电路Ml的加法输入端，乘法器电路B1的输出接到代数和电路M1的减法输入端，即代数和电路M1用于对一阶微分信号和实频项信号进行减运算，则代数和电路Ml的输出信号为/、，T」coi,(co)2,t'■、1+T(1o)ji+(Td")zl+(T")2代数和电路M1的输出性质为伪虚频信号。在本发明实施例中，微分电路A1、A2及惯性滤波电路A4、A6、A10需要进行参数调整，其中，微分电路Al和A2微分常数相同，即V二Td2:Td，惯性滤波电路A4和A6惯性常数相同并等于微分常数，即'1'14=Ti6=Td,惯性滤波电路A10惯性常数为微分常数的1.666倍，即Tu。=1.666Td。参见图4,是本发明实施例提供的伪虚频滤波控制装置的伪虚频滤波理论幅值频率特性图。本发明实施例所提供的伪虛频滤波控制装置的理论幅值频率特性函数为TdC°9j，其中心周期值为2丌Td,输出下降到中心增益0.707倍时的截止周1+(Tdco)2期值分别为0.83Td和4.827TTd。若微分电路Al和A2的微分常数为30s,惯性滤波电路A4和A6的惯性常数为30s,惯性滤波电路A10的惯性常数为50s。当过程输入信号为正弦函数时，即为Xa)=Asin("t),则理论中心周期值为188.5s，输出幅值下降到中心增益0.707倍时的理论截止周期值分别为:78.3s、454.3s，其理论幅值频率特性如图4所示。仍按上述给出的具体电路参数，当过程输入信号为阶跃函数时，即在具体实施当中，本发明实施例提供的伪虛频滤波控制装置可应用于火电厂热工控制系统中，取代现有技术中PID调节器回路中的微分作用项或者用于超前校正网络，将有利于调节系统性能指标，提高热工控制回路的调节品质。现有技术中，火电厂的锅炉过热汽温调节采用常规的PID控制策略，PID调节器回路的微分项中，其虚频项可起到超前校正作用，而实频项则增加了调节器的高频增益并使稳定性下降。因此，调节回路中的微分作用项在改善系统动态性能的同时，其高通滤波特性也放大了高频干扰，致使系统在有外部高频干扰时容易引起调节机构的大幅波动。采用本发明实施例，在现有的主控回路中引入伪虚频滤波控制装置进行优化，采用伪虛频滤波信号取代主调PID控制器中的微分项，可提高过热汽温控制系统的调节品质，降低调节机构的动态扰动幅度，并使得被控参数过渡比优化前更平稳。本发明实施例提供的伪虚频滤波控制方法及装置，将微分作用环节中的虚则伪虛频滤波时域阶特性如图5所示。频项滤出，应用于热工控制领域中的过程控制，可以解决时域闭环系统与频域闭环系统性能指标之间的矛盾，减小高频干扰对系统的影响，提高热工控制回路的调节品质。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对
背景技术：
做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。权利要求1、一种伪虚频滤波控制方法，其特征在于，包括对过程输入信号进行二阶微分包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号；将所述二阶微分包络特征量信号与所述过程输入信号相乘，获得实频项信号；将所述过程输入信号经微分运算后所获得的信号与所述实频项信号相减，获得伪虚频信号。2、如权利要求i所述的伪虛频滤波控制方法，其特征在于，所述对过程丰ir入信号进行二阶微分包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号，包括对过程输入信号进行微分运算，获得一阶微分信号；对所述一阶微分信号进行微分运算，获得二阶微分信号；对所述二阶微分信号进行包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信3、如权利要求2所述的伪虛频滤波控制方法，其特征在于，将所述过程输入信号经微分运算后所获得的信号与所述实频项信号相减，获得伪虛频信号，包括将所述一阶微分信号与所述实频项信号相减，获得所述一阶微分信号频域中的伪虚频信号。4、一种伪虚频滤波控制装置，其特征在于，包括二阶微分包络特征解调模块，用于对过程输入信号进行二阶微分包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号；实频项构造模块，用于将所述二阶微分包络特征量信号与所述过程输入信号相乘，获得实频项信号；虚频项提取模块，用于将所述过程输入信号经微分运算后所获得的信号与所述实频项信号相减，获得伪虚频信号。5、如权利要求4所述的伪虚频滤波控制装置，其特征在于，所述二阶微分包络特征解调模块具体包括第一微分单元，用于对过程输入信号进行微分运算，获得一阶微分信号；第二微分单元，用于对所述一阶微分信号进行微分运算，获得二阶微分信包络特征解调单元，用于对所述二阶微分信号进行包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号。6、如权利要求5所述的伪虚频滤波控制装置，其特征在于，所述虛频项^是取模块包括代数和电路，用于对所述一阶微分信号及所述实频项信号进行减运算，获得伪虛频信号。全文摘要本发明实施例公开了一种伪虚频滤波控制方法及装置，该方法包括对过程输入信号进行二阶微分包络特征解调运算，获得二阶微分包络特征量信号；将所述二阶微分包络特征量信号与所述过程输入信号相乘，获得实频项信号；将所述过程输入信号经微分运算后所获得的信号与所述实频项信号相减，获得伪虚频信号。采用本发明实施例，可减小高频干扰对热工控制系统的影响，提高热工控制回路的调节品质。文档编号G05B11/36GK101510071SQ20091003794公开日2009年8月19日申请日期2009年3月16日优先权日2009年3月16日发明者万文军,军李申请人:广东省电力工业局试验研究所